彰武水庫大壩除險加固前后安全分析

□ 張利平 □劉慧芳 □任劍飛

（1安陽市彰武南海水庫工程管理局 2安陽市漳南灌區(qū)管理處）

1 工程概況

彰武水庫位于海河流域衛(wèi)河支流洹河上，與上游10 km的小南海水庫組成梯級水庫。設(shè)計總庫容0.78億m3，控制流域面積120 km2，是一座以防洪為主，兼顧工業(yè)供水、灌溉、發(fā)電、旅游等綜合利用的中型水庫。

彰武水庫大壩為均質(zhì)土壩，以重粉壤土為主，夾有粘土和中、輕粉質(zhì)壤土，最大壩高28.70m，壩長730m。大壩迎水面坡率為1：2～1：3,分為3級坡,采用干砌石護(hù)坡；背水坡坡率從上到下分別為 1：2.50、1：2.00、1：5.50，為草皮護(hù)坡。彰武水庫大壩左岸和右岸主要為中、強(qiáng)透水的砂卵石的礫巖層和砂頁巖，壩基的砂卵石層厚約7m，滲透流速為2.71～3.80×10-2cm/s，屬極強(qiáng)透水層。上游采用壩前粘土鋪蓋防滲，壩后設(shè)降壓井和排滲廊道，廊道出口設(shè)有梯形量水堰觀測滲透流量。

彰武水庫除險加固工程2008年10月開工建設(shè)，2011年6月結(jié)束。主要建設(shè)內(nèi)容包括壩基防滲處理，大壩上游壩坡塌坑處理及坡面整修，下游壩坡草皮護(hù)坡整修、壩頂整修；溢洪道閘墩表面加固處理，拆除重建啟閉閘房，重建工作橋，拆除重建下游交通橋，消力池、下游護(hù)坦混凝土剝蝕、碳化部分加固、防護(hù)處理；水文站網(wǎng)設(shè)施建設(shè)；更換部分機(jī)電與金屬設(shè)備，完善工程管理及水文觀測設(shè)施等。工程共投資5600萬元。

2 大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)介紹

彰武水庫從1958年動工興建，到1975年先后經(jīng)歷了6次施工。水庫大壩原設(shè)計和安裝的浸潤線管和壩基滲水測壓管較多，主要分布于主副壩兩側(cè)和溢洪道兩岸，均為1963、1964年相繼埋設(shè)。1992—1994年除險加固期間，水庫又增設(shè)了部分測壓管和浸潤線管，共有測壓管、浸潤線管43孔。由于多年來部分滲流觀測設(shè)施損毀失靈，并且水庫長期處于低水位運(yùn)行，2008年除險加固前能正常觀測的測壓管、浸潤線管只有22孔。本次除險加固，在水庫原有設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充完善，并新增了浸潤線管、壩基測壓管14孔，還在每個測壓管內(nèi)放一支滲壓計，所有滲壓計均通過電纜引向大壩右岸的操縱室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了自動化觀測。整個壩基原設(shè)計有2個量水堰，本次除險加固對原堰進(jìn)行了清理、恢復(fù)，并在滲流堰上安裝了堰流計，實(shí)現(xiàn)了自動化監(jiān)測。

3 大壩滲流觀測資料分析

通過對2008年除險加固前兩年和2011年除除加固結(jié)束后兩年的全部庫水位、測壓管水位和滲透流量進(jìn)行統(tǒng)計分析，可看出位于同一觀測斷面的五排壩基測壓管管水位均從上游向下游方向依次降低，管水位、壩后滲流量隨上游庫水位變化而變化，管水位變化存在滯后現(xiàn)象，滯后時間約為2d。管水位變化幅度小于庫水位變化幅度?，F(xiàn)以測壓管0+5482、0+5483、0+4552、0+4553水位變化情況為例說明，詳見表1、表2。

表1 不同水位下測壓管水位、滲流量觀測表

表2 同水位下測壓管水位、滲流量觀測表

3.1 不同庫水位下測壓管水位、滲流量比較分析

從表1中數(shù)據(jù)資料可以看出，在不同庫水位情況下，大壩除險加固前和除險加固后的管水位、壩后滲流量均隨上游庫水位變化而變化，且與庫水位變化一致。和庫水位變化幅度相比，管水位除險加固后比加固前變化幅度大。這主要是經(jīng)過對上游壩坡塌坑處理、防滲土工膜鋪設(shè)和壩基采用塑性混凝土垂直防滲墻等防滲措施處理，起到了很好的防滲作用，致使管水位明顯下降，滲流量明顯減小。

3.2 同一庫水庫下測壓管水位、滲流量比較分析

從表2中數(shù)據(jù)資料可以看出，在相同庫水位情況下，水庫除險加固后的測壓管水位、滲透流量均低于或小于除險加固前的測壓管水位和滲透流量。這是因?yàn)榇髩纬踅〞r未作特殊處理，僅在河槽段壩前采用水中倒土方式鋪筑粘土鋪蓋，鋪蓋與原河槽之間未設(shè)反濾層。臺地自然鋪蓋為含鈣質(zhì)結(jié)核的壤土和粘土，下部為礫巖層和砂頁巖，自然鋪蓋局部偏薄。且壩體填筑質(zhì)量差，129m高程以上存在松軟層，因而滲流量較大，運(yùn)行中還多次發(fā)生塌坑，滲流安全存在極大隱患。本次除險加固，對大壩壩基采用塑性混凝土垂直防滲墻進(jìn)行了防滲處理，在123.00m高程以上統(tǒng)一鋪設(shè)了一層防滲土工膜，土工膜上采用厚20 cm、邊長20 cm的六邊形混凝土砌塊護(hù)砌，123.00m高程以下采用干砌石護(hù)砌。這些防滲措施的實(shí)施，使得測壓管水位和滲透流量明顯降低和減少，防滲效果明顯。

4 結(jié)語

通過除險加固前和除險加固結(jié)束后的滲透觀測資料分析，可看出測壓管水位和滲透流量隨著庫水位有規(guī)律的變化而變化，除險加固后測壓管水位明顯降低，滲透流量明顯減少。由此可以證明，除險加固中經(jīng)過對上游壩坡塌坑處理、防滲土工膜鋪設(shè)和壩基采用塑性混凝土垂直防滲墻防滲措施的實(shí)施，防滲效果顯著，有效提高了大壩的安全系數(shù)，保障了大壩的安全運(yùn)行。